Saturday, June 6, 2015

当外来电磁波入射到电子(自由电子或束缚的谐振电子)上时,电子就会在外来电磁波的作用下作受迫振动。由于作这种振动,电子将不断地向外辐射电磁波。通常把这种辐射波称为次波,而把入射电磁波称为原波。次波是向各个方向放射的,它的能量又来源于原波,故上述过程总的结果可归结为入射来的电磁波被电子散射到各个方向去。因而这个过程被称为电子对电磁波的散射。处于谐振电子的情况,当外来电磁波的频率与谐振电子的固有频率相同时,过程又显示新的特点,这时电子由于共振而强烈地吸收原波的能量,它的数值常比一般散射的能量大好多个量级。吸收的能量一部分常通过某种途径(例如振子间的碰撞)转化为热能,一部分被振子辐射出去。后者称为吸收-再放射,或称共振散射

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当外来电磁波入射到电子(自由电子或束缚的谐振电子)上时,电子就会在外来电磁波的作用下作受迫振动。由于作这种振动,电子将不断地向外辐射电磁波。通常把这种辐射波称为次波,而把入射电磁波称为原波。次波是向各个方向放射的,它的能量又来源于原波,故上述过程总的结果可归结为入射来的电磁波被电子散射到各个方向去。因而这个过程被称为电子对电磁波的散射。处于谐振电子的情况,当外来电磁波的频率与谐振电子的固有频率相同时,过程又显示新的特点,这时电子由于共振而强烈地吸收原波的能量,它的数值常比一般散射的能量大好多个量级。吸收的能量一部分常通过某种途径(例如振子间的碰撞)转化为热能,一部分被振子辐射出去。后者称为吸收-再放射,或称共振散射

电子对电磁波散射和吸收的经典理论


dianzi dui diancibo sanshe he xishou de jingdian lilun
电子对电磁波散射和吸收的经典理论
classical theory of scattering and absorption ofelectromagnetic wave by electron


   当外来电磁波入射到电子(自由电子或束缚的谐振电子)上时,电子就会在外来电磁波的作用下作受迫振动。由于作这种振动,电子将不断地向外辐射电磁波。通常把这种辐射波称为次波,而把入射电磁波称为原波。次波是向各个方向放射的,它的能量又来源于原波,故上述过程总的结果可归结为入射来的电磁波被电子散射到各个方向去。因而这个过程被称为电子对电磁波的散射。处于谐振电子的情况,当外来电磁波的频率与谐振电子的固有频率相同时,过程又显示新的特点,这时电子由于共振而强烈地吸收原波的能量,它的数值常比一般散射的能量大好多个量级。吸收的能量一部分常通过某种途径(例如振子间的碰撞)转化为热能,一部分被振子辐射出去。后者称为吸收-再放射,或称共振散射。
 自由电子的散射 这里只考虑电子在外来电磁波作用下作受迫振动而且其速度始终比真空中光速 小得多的非相对论情况(这要求为电,子电荷,为电子静质量,为入射波电场振幅,为入射波的约化波长,即波长被2除)。当时,电子受入射波中磁场的作用力可以略去,于是电子将不漂移而在一固定点附近振动,在这种情况下,散射波的频率将与散射方向无关,并等于入射波的频度还保证了电子的振幅比入射波波长小得多,从而散射波可通过电偶极辐射公式来计算。在入射波非偏振的情况下,空间任一点P的散射波的强度(能量流密度的周期平均值)为
           [272-02]272-02,式中代表入射波的强度,代表散射角即[cdhop]cdhop与入射方向间的夹角(O为振动中心),即为从振动中心O到P的距离。为电子的经典半径(见电磁质量和辐射阻尼),其值等于[272-03]272-03(本条采用高斯制单位)。
         [自由电子对电磁波的散射]自由电子对电磁波的散射
 上式表明,散射强度与入射波的频率无关,它随角度的分布由因子(1+cos)表示,对于向前和向后散射是对称的。将各方向的散射能量总加起来,就得出电子单位时间内向各个方向散射的总能量为
               [272-04]272-04,它等于入射波中 [272-05]272-05这样一块横截面上的能量流。因此,这个截面被称为散射截面。上面讨论的非相对论自由电子的散射截面即为
                [272-06]272-06,它的数值很小,等于以电子经典半径。所作的圆面积的[272-07]272-07倍,自由电子就是把入射波中相当于这样大一块横截面中流来的能量散射到其他方向去。
 以上结果通常称为汤姆孙散射公式,称为汤姆孙截面。在量子电动力学理论中,当光子的能量比电子静能量小得多时(即[272-20]272-20),也得到与此相同的结果。
 对于电子来说,汤姆孙公式直到软X 射线都能适用。例如对于波长为2.4埃的X 射线,[272-08]272-08,比1还小得多。
 关于硬X 射线和γ射线与自由电子的散射,量子效应已经显著。它具有新的特点,通常称为康普顿散射(见康普顿效应)。
 谐振电子的散射 对于谐振电子,当入射波为非偏振的平面波时,散射强度为
     [272-09]272-09,角分布与自由电子散射一样,但随着频率而变化。式中为振子的固有频率,[272-10]272-10 标志辐射阻尼作用。的值一般比小得多(见电磁质量和辐射阻尼)。
 相应的散射截面为
     [272-11]272-11为前述汤姆孙截面。当[xyh]xyh
              [272-12]272-12,即散射截面与频率的四次方成正比。这个关系通常称为瑞利散射定律。在[dyh]dyh的情况,
                    ,即化为自由电子的结果。这表明,对于高频电磁波,束缚力可忽略,谐振电子的散射行为变得与自由电子相同。
 对于上述两种情况,散射截面都很小,具有或更小的量级。但是当时,截面变成了一个很大的值
                  [272-13]272-13,其中[273-01]273-01代表频率为的电磁波的约化波长[kg2]kg2即截面从 的量级猛增到的量级。对可见光来说, 约增大了10倍。数量上如此巨大的差
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